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磁流體發(fā)�
閱讀�16893時間�2011-09-29 16:26:00

  磁流體發(fā)電就是應用磁流體�(fā)電技術,用燃料(石油、天然氣、燃�、核能等)直接加熱成易于電離的氣體,使之�2000℃的高溫下電離成導電的離子流,然后讓其在磁場中高速流動時,切割磁力線,產(chǎn)生感應電動勢,即由熱能直接轉換成電流,由于無需�(jīng)過機械轉換環(huán)節(jié),所以稱之為"直接�(fā)�",其燃料利用率得到顯著提��

歷史

  1832年法拉第首次提出有關磁流體力學問題。他根據(jù)海水切割地球磁場�(chǎn)生電動勢的想�,測量泰晤士河兩岸間的電位差,希望測出流�,但因河水電阻大、地球磁場弱和測量技術差,未達到目的�1937年哈特曼根據(jù)法拉第的想法,對水銀在磁場中的流動進行了定量實驗,并成功地提出粘性不可壓縮磁流體力學流動(即哈特曼流動)的理論計算方��

  1940�1948年阿爾文提出帶電單粒子在磁場中運動軌道的“引導中心”理�、磁凍結定理、磁流體動力學波(即阿爾文波)和太陽黑子理論�1949年他在《宇宙動力學》一書中集中討論了他的主要工�,推動了磁流體力學的�(fā)展�1950年倫德奎斯特首次探討了利用磁場來保存等離子體的所謂磁約束問題,即磁流體靜力學問題。受控熱核反應中的磁約束,就是利用這個原理來約束溫度高達一億度量級的等離子��

  然�,磁約束不易�(wěn)�,所以研究磁流體力學�(wěn)定性成為極重要的問��1951年,倫德奎斯特給出一個穩(wěn)定性判�(jù),這個課題的研究至今仍很活躍�

  美國是世界上研究磁流體發(fā)電最早的國家�1959�,美國就研制成功�11.5千瓦磁流體發(fā)電的試驗裝置�60年代中期以后,美國將它應用在軍事�,建成了作為激光武器脈沖電源和風洞試驗電源用的磁流體發(fā)電裝��

  日本和前蘇聯(lián)都把磁流體發(fā)電列入國家重點能源攻關項目,并取得了引人注目的成�。前蘇聯(lián)已將磁流體發(fā)電用在地震預報和地質(zhì)勘探等方靀前蘇聯(lián)�1971年建造了一座磁流體——蒸汽聯(lián)合循�(huán)試驗電站,裝機容量為7.5萬千�,其中磁流體電機容量�2.5萬千��1986�,前蘇聯(lián)開始興建世界上座50萬千瓦的磁流體和蒸汽�(lián)合電�,這座電站使用的燃料是天然�,它既可供電,又能供�,與一般的火力�(fā)電站相比,它可節(jié)省燃�20��

  磁流體發(fā)電為高效率利用煤炭資源提供了一條新途徑,所以世界各國都在積極研究燃煤磁流體�(fā)�。目�,世界上�17個國家在研究磁流體發(fā)電,而其中有13個國家研究的是燃煤磁流體�(fā)�,包括中國、印�、美�、波�、法�、澳大利�、前蘇聯(lián)��

  我國于本世紀60年代初期開始研究磁流體發(fā)電,先后在北�、上�、南京等地建成了試驗基地。根�(jù)我國煤炭資源豐富的特�,我國將重點研究燃煤磁流體發(fā)�,并將它作為�863”計劃中能源領域的兩個研究主題之一,爭取在短時間內(nèi)趕上世界先進水��

  作為一種高技�,磁流體�(fā)電推動著工程電磁流體力學這門新興學科和高溫燃�、氧化劑預熱、高溫材料、超導磁�、大功率變流技術、高溫診斷和降低工業(yè)動力裝置有害排放物的先進方法等一系列新技術的�(fā)�。這些科學成果和技術成就可以得到其他方面的應用,并有著美好的發(fā)展前��

  綜上所�,從高效率、低污染、高技術的考慮,使得磁流體�(fā)電從其原理性實驗成功開始,就迅速得到了全世界的重視,許多國家都給予了持�(xù)�(wěn)定的支持�

原理

  磁流體發(fā)電是將熱能直接轉�?yōu)殡娔艿囊环N�(fā)電方式,與普通發(fā)電相�,減少了轉換成機械能這一階段,但其工作原理與普通發(fā)電是基本相同�,都是利用電磁感應現(xiàn)象獲得電��

  100多年前法拉第�(fā)�(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象:導體在磁場中做橫向切割磁力線的運動時,沿著導體并與磁場相垂直的方向會�(chǎn)生感應電動勢。只要存在自由電子的物質(zhì),不論以哪種形態(tài),只要在磁場中運動時存在電磁感應�(xiàn)象的都是我們所說的導體。目前所用的各種�(fā)電機都是利用導電的金屬固體在磁場中高速運動而產(chǎn)生感應電動勢�,磁流體�(fā)電則是利用高溫導電流體高速通過磁場,在電磁感應的作用下,將熱能轉換成電�。磁流體�(fā)電中所用的導電流體可以是導電的氣體,也可以是液�(tài)金屬。導電流體的高溫可以從礦物性燃料燃燒時的化學能或核燃料在核反應堆中的核能轉換而來�

特點

  1、效率高

  磁流體發(fā)電機本身的熱效率不很�,只能達�20~30%左右,但是因為其排氣溫度很高,達2000K左右,其所含的熱量還可以充分利�。如果組成磁流體-蒸汽�(lián)合循�(huán),就可使一次燃燒所�(chǎn)生的熱量被兩次利�。通常認為�(lián)合循�(huán)的總效率可達50%�

  2、沒有轉動部�

  磁流體發(fā)電機沒有高速旋轉部�,它本身是一個結構簡單的靜止機械。由于供高溫導電氣體流過的發(fā)電通道是靜止的,完全可以采用冷卻結�,使部件的工作溫度比氣體低很多。從而發(fā)電通道仍可用現(xiàn)有的材料制��

  3、機組容量越大越�

  磁流體發(fā)電過程是導電流體高速流過磁場時與磁場相互作用的過程。因此產(chǎn)生的電功率與流體的體積有�。另外磁流體�(fā)電機的熱損主要取決于�(fā)電通道的壁面積。當體積與表面積之比值增加使,即磁流體發(fā)電機組的容量增大時性能得到改善�

  4、起動快

  由于磁流體發(fā)電是將熱能直接轉化成電能,所以起動很�。理論上�,起動時間基本上是由導電流體在所要求的速度下充滿發(fā)電通道所需的時間。實際起動時間還受到熱源、材料和控制系統(tǒng)等的限制。目前磁流體�(fā)電機一般在幾秒�(nèi)達到額定負荷,這是其它�(fā)電方式無法比擬的�

  5、環(huán)境污染少

  磁流�-蒸汽�(lián)合循�(huán)時基本上不存在水的熱污染問題。在磁流體發(fā)電中為了提高氣體的導電性能,通常在氣體中加入一些電離電位較低的鉀、銫等堿金屬化合物作為種�。它們極易與氣體中的硫結合生成硫化物。為提高運行的經(jīng)濟性,必須對種子進行回收。因此回收種子的過程也具有自動脫硫的作用。所以磁流體�(fā)電中即使使用含硫高的燃料其尾氣中也幾乎沒有氧化硫。另一方面,由于磁流體�(fā)電機中燃燒溫度比普通發(fā)電方式高很多,生成的氮氧化合物也�。這時必須對尾氣加以控��

  6、結構簡�,發(fā)電成本低

  磁流體發(fā)電機的主要組成部件是靜止�,因而結構簡�,制造方�,相應的�(fā)電成本也比較低廉�

  7、涉及科學技術面很廣

  磁流體發(fā)電的原理是高溫高速的導電流體與強磁場的相互作�,因此它除以電磁流體力學為基礎外還涉及很多學�,如等離子體物理、燃燒理�、超導技�、低溫物理、熱物理、電工學�,這給磁流體發(fā)電的�(fā)展帶來了一定的不利,但對其他學科也起到了促進作��

應用范圍

  其應用范圍大致可分為下列兩個方面:

  一是充分利用其工作溫度高這一特點,把磁流體發(fā)電和其他�(fā)電方式聯(lián)合組成效率高的大型發(fā)電站。這種電站通常作為滿負荷運行的基本負荷電站�

  二是利用磁流體發(fā)電機結構緊湊、系�(tǒng)簡單、體積小、造價�、起動快、單位功率大等特點將它單獨使用在某種特殊要求的情況下�

�(fā)展趨�

  1831年法拉弟�(fā)�(xiàn)電磁感應原理�,相繼出�(xiàn)了三大發(fā)明:勵磁電機、電�、電話,從而引起電力技術革��1882年座較正�(guī)的發(fā)電廠建成,容�671.5 kW,到1996年末全世界電力裝機容�2.773 TW,發(fā)電量�11 601 TWh;我�1882年在上海建成�12 kW�(fā)電廠,到1998年裝機容�277 GW,發(fā)電量1167 TWh。一個世紀以來,電力得到如此迅速的�(fā)展,是由于它在使用上的高�、清潔和方便,電不但給家庭帶來光�、舒�,更是一個國家現(xiàn)代化、工�(yè)化的標志之一�

  1959年,美國的阿夫柯1號磁流體�(fā)電機�(fā)�11.4kW的電力,點亮了228�50W的燈泡,運行了10S,世界上臺能夠發(fā)出實際有用電功率的磁流體�(fā)電機宣告研制成功�1966年,美國空軍研制成功一臺實際輸出電功率18MW的磁流體發(fā)電機,每天大約運�3次,每次1miN。這是世界上臺作實際應用的磁流體發(fā)電機�1977年美國建�300MW磁流體�(fā)電示范站�20世紀90年代,獨�(lián)體建造了一個燃燒天然氣的磁流體-蒸汽聯(lián)合電站,總輸出功�582M�。該電站采用超導磁體,磁感應強度�6T�

  自從1959年美國阿英柯公司試驗燃煤磁流體發(fā)電技術成功后,世界上對磁流體�(fā)電的研究,以�、日、前蘇聯(lián)為代表,進展較快,目前巳有近20個國家正在從事這項�(fā)電技術的研究和開�(fā)工作,其中有13個國家重點研究燃煤磁流體�(fā)電技�,大部分正在進入實驗電站研究階段�

  20世紀60年代我國就開始磁流體�(fā)電的開發(fā)研制工作�1964�,中科院電工所建成臺小型模擬磁流體�(fā)電試驗機�,燃燒汽油和純氧,發(fā)電功率為80�,運�1miN�1978年南京工學院(現(xiàn)東南大學)研制成功我國臺民用長時磁流體發(fā)電機�,電功率�12kW,累計運行1000H。“七五”期�,我國研制的磁流體發(fā)電機組的�(fā)電功率為2200k�。我國巳把這項技術作�"863計劃"重點項目之一,千千瓦級磁流體�(fā)電機組已完成試驗任務,輸出功率為2200千瓦,到2000年的目標是建造一座萬千瓦級燃煤磁流體--蒸汽�(lián)合循�(huán)中試電站�

  最近幾�,科學家在導電流體的選用上有了新的進展,發(fā)明了用低熔點的金屬(如鈉、鉀等)作導電流�,在液態(tài)金屬中加進易揮發(fā)的流體(如甲苯、乙烷等)來推動液態(tài)金屬的流�,巧妙地避開了工程技術上一些難題,制造電極的材料和燃料的研制方面也有了新進展。但想一下子省錢省力地解決磁流體�(fā)電中技�、材料等方面的所有難題是不現(xiàn)實的。隨著新的導電流體的應用,技術難題逐步解決,磁流體�(fā)電的前景還是樂觀�。在美國,磁流體�(fā)電機的容量已超過32000千瓦;日本、西�、波蘭等許多國家都在研制碘流體發(fā)電機。我國也已研制出幾臺不同形式的磁流體�(fā)電機�

  燃煤開環(huán)磁流體發(fā)�,目前已有示范工�,預計在2010�(nèi)可局部商�(yè)化,其將對節(jié)能和減少CO2排放實現(xiàn)電力行業(yè)的綠色生�(chǎn)做出重大貢獻。非平衡電離式閉�(huán)磁流體發(fā)�,由于工作溫度較�,又適合�100�300MW中型機組和配合發(fā)展以煤為燃料的燃氣發(fā)電行�(yè)具有巨大的潛力。液體金屬式閉環(huán)磁流體發(fā)�,從工作溫度范圍和能源種類的適應性大及高導電率看,可適用于小型發(fā)電裝�,發(fā)展前途廣�,但各國尚在基礎研究階段�

  由此可見,對磁流體發(fā)電的研究與探索已由實驗階段發(fā)展到在軍�、民用的實際應用階段,作為一種新的能源開�(fā)途徑,世界各國越來越受到普遍關注�

  專家們預測,目前磁流體發(fā)電在技術上已日趨成�,隨著超導技術的�(fā)�,可望在21世紀初,磁流體發(fā)電將廣泛應用在礦物燃料發(fā)電站�,這對整個能原發(fā)展,促進經(jīng)濟興�,必將產(chǎn)生重大影��

  在經(jīng)濟發(fā)�、社會進步的同�,人們認識到了一個嚴峻的�(xiàn)實:幾億年形成的礦物�(zhì)燃料儲量是有限的,地球自凈化的環(huán)境容量也不是無限的,在經(jīng)濟高速發(fā)展進程�,人類過度消耗能源的同時,嚴重地污染了自己賴以生存的地球和空�,能源與�(huán)境是進入21世紀必須考慮的四大難題之�--能源、環(huán)�、人口和糧食。節(jié)約能源,抑制化石燃料的過度消�;保護環(huán)境,凈化人類生存的有限空�;開�(fā)與利用再生能源與新能源,帶來在環(huán)境及價格上均有競爭能力的能源革命。既滿足人類當前�(fā)展的需�,又不對后代人滿足其需求的能力構成危害,這一“持�(xù)�(fā)展”已成為人類當前和未來共同遵循的迫切問題�

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